Новый строительный материал — низкоэмиссивитетное стекло

В арсенале современного архитектора стекло является одним из основных строительных материалов. На заре становления современной архитектуры именно стекло - материал промышленного века - было выбрано для воплощения смелых архитектурных идей в сооружениях, оказавших влияние на все последующее развитие.


Архитекторы стремятся раскрыть помещения навстречу солнцу, заменить глухие массивные наружные ограждения и внутренние перегородки легкими, а при необходимости - и прозрачными ограждениями из стекла. Ленточные световые проемы и витражи, расчлененные тонкими элементами конструкций остекления, создают впечатление, что пространство, заключенное внутри помещения, как бы переходит во внешнее пространство и тем самым объединяется с ним. В известных "Пяти тезисах об архитектуре" Ле Корбюзье подчеркивает, что фасад теряет несущие способности, и окна могут тянуться на любую длину без прямой зависимости от внутреннего членения здания. Окна становятся ленточными. Исчезают простенки и оконные коробки, и помещение освещается равномерно и значительно интенсивнее, чем при обычных окнах.

Ле Корбюзье считал, что двери и окна в основном определяют архитектуру здания. "История архитектуры - это история борьбы за свет, борьбы за окна; вся история архитектуры вращается исключительно вокруг стенных отверстий" - писал он в своих работах. Мысленно приближаясь к городу будущего, он видел, как "смягченные лазурью, встают отдаленные небоскребы с их стенами - геометрическими плоскостями, сплошь из стекла. В стеклах, покрывающих их фасад сверху донизу, сияет лазурь, играет небо. Ослепительное сверкание. Огромные лучезарные призмы".

Окно для Ле Корбюзье является одним из важнейших элементов. И чаще всего его дома имели окна, протянутые вдоль всего фасада, от одного конца до другого. Единственное, что не позволяло ему считать стекло идеальным материалом для наружных ограждений - это огромные теплопотери здания через остекление фасада. Открыв для будущих поколений эстетику новой архитектуры, он рассчитывал, что со временем эта основная проблема стекла как строительного материала будет разрешена.

Теплоизоляция - это, пожалуй, вообще одна из самых актуальных проблем в эксплуатации, строительстве и реконструкции здания. А для Беларуси с ее экономикой и климатом экономия энергии - острейший вопрос, ведь большинство зданий у нас построено в тот период, когда особенно не задумывались о теплопотерях. Примечателен тот факт, что около 30% от общего количества вырабатываемой энергии идет на отопление и большая ее часть теряется через окна. Поэтому некоторые специалисты по отоплению и вентиляции ставят вопрос о необходимости уменьшения площади световых проемов в современных зданиях. Однако сомнительно, что архитекторы пойдут на это в ущерб световому комфорту: во-первых, потому, что гигиенические нормы не позволят уменьшить световые проемы у целого ряда общественных зданий (к ним в первую очередь относятся учебно-воспитательные здания), во-вторых, имеются реальные пути, позволяющие в значительной степени повысить теплоизоляционные свойства конструкций остекления.

Из методов улучшения теплозащиты светопрозрачных конструкций в мировой строительной практике, помимо совершенствования конструкций переплетов, известны увеличение числа слоев стекла в остеклении, устройство кондиционированных окон, применение стекол с селективными оптическими свойствами, которые в значительной степени отражают энергию длинноволнового инфракрасного диапазона (2500-25000 нм). Такими свойствами обладают некоторые полупрозрачные металлические и окиснометаллические покрытия. Например, золотое покрытие толщиной 0,1-0,2 мкм на одном из листов стеклопакета позволяет повысить его сопротивление теплопередаче на 35-40%. Для белорусского строительства наибольший интерес представляет менее дорогое стекло, например, низкоэмиссивитетное стекло (эмиссивитет - коэффициент, характеризующий способность отражать тепловое излучение). Следовательно, чем ниже эмиссивитет, тем меньше потери тепла.

В настоящее время существует два типа низкоэмиссивитетных покрытий. Первый - это так называемое жесткое покрытие, представляющее собой слой металлического оксида, наносимый методом пиролиза на поверхность флоат-стекла в горячем состоянии при его производстве. Второй способ - нанесение так называемого мягкого покрытия в условиях вакуума методом катодного распыления в магнитном поле по завершении процесса производства.

Производство энергосберегающего стекла достаточно развито в мире, и объемы этого производства продолжает неуклонно расти в связи с развитием спроса на данную продукцию. К примеру, в европейских странах, а именно в Германии, производство низкоэмиссивитетного стекла за последние 5 лет выросло в 5 раз и составляет сейчас 69% от общего количества произведенного энергосберегающего остекления. В США ежегодно производится около 110 млн м 2 изолирующего остекления, из них 28 млн. (около 25%) - низкоэмиссивитетного энергосберегающего стекла. Из общего количества производимого низкоэмиссивитетного стекла на стекло с жестким покрытием приходится 35%, с мягким - 65%.

Лидирующие позиции на мировом рынке низкоэмиссивитетного стекла занимают европейская компания "Saint-Gobain" и крупнейшие американские производители: компания "Cardinal" (производство стекла с мягким покрытием и ориентация на крупных производителей оконных профилей для жилых домов) и компания "L.O.F.", специализирующаяся на жестком покрытии и ориентированная на клиентуру и производителей более мелкого масштаба). Из-за больших затрат на транспортировку продукции американских компаний в нашу страну ее цена становится непомерно высокой.

Поэтому мы сделаем краткий обзор изолирующего остекления компании "Saint-Gobain" и энергосберегающего стекла, как более приемлемого для условий белорусского рынка.

Пиролически нанесенное (жесткое) покрытие имеет стекло Экоплюс. Это изделие характеризует отличная способность пропускания солнечной тепловой энергии (SF 70) и коэффициент теплопроводности, не превышающий 1,6, что исключает возникновение дискомфортных явлений, связанных с отрицательной радиацией от холодных поверхностей остекления и усилением нисходящих конвективных потоков холодного воздуха, которые могут возникнуть в зимнее время в зоне, расположенной вблизи световых проемов. Оба эти явления часто служат причиной простудных заболеваний, особенно у детей в детских садах и школах и у людей, рабочие места которых находятся в непосредственной близости от световых проемов, в дискомфортной зоне. Стекло Экоплюс просто в обработке (как обычное флоат-стекло), легко монтируется в стеклопакет, не требует очистки края листа от покрытия.

Часто возникает необходимость повысить прочность энергосберегающего остекления, прежде всего путем закаливания. В связи с этим встает вопрос о применимости закаливания к энергосберегающему стеклу.

Говоря о низкоэмиссивитетном стекле с пиролически нанесенным покрытием (Экоплюс), следует отметить, что оно, безусловно, может быть подвергнуто закаливанию при воздействии температуры не ниже 630°С в течение продолжительного времени. Охлаждение идет под высоким давлением. Что же касается стекла с покрытием, нанесенным методом катодного распыления по завершении процесса производства, то Планитерм - единственная на современном рынке марка энергосберегающего стекла с мягким покрытием, закаливание которого возможно. Технические характеристики Планитерм отличают улучшенные теплоизолирующие свойства: более низкий по сравнению со стеклом Экоплюс коэффициент теплопроводности, не превышающий 1,3, но способность пропускания тепловой солнечной энергии у стекла Планитерм ниже (SF 62). Кроме того, стекло требует осторожности в обработке и обязательной очистки края листа при монтаже в стеклопакет, что необходимо для лучшего сцепления с герметиком. Стекло Планитерм имеет ограниченный срок хранения.

Показателем качеств Экоплюс и Планитерм может служить сравнение степени пропускания излучения с различными длинами волн. К примеру, обычное бесцветное флоат-стекло Планилюкс и энергосберегающие Экоплюс и Планитерм мало отличаются по степени пропускания ультрафиолетового (длина волны до 380 нм) и видимого (от 380 до 780 нм) излучения. С увеличением длины волны (инфракрасное или тепловое излучение) разница между этими видами стекла становится все более явной. В то время как Планилюкс пропускает приблизительно 75% теплового излучения с длиной волны 2150 нм, Экоплюс - около 30%, а Планитерм проницаем лишь для 10% такого излучения.

Кстати, развитие собственно низкоэмиссивитетного стекла как продукта компании "Saint-Gobain" началось с производства стекла марки Планитерм футур, коэффициент теплопроводности которого сначала был равен 1,2, а затем снижен до 1,1. Затем было разработано мягкое покрытие Кул лайт К, светопропускание которого LT=66, а солнечный фактор составляет 38 благодаря покрытию из различных благородных металлов. Следует отметить, что существует около 10 различных типов стекла Кул лайт К на основе стекла Планилюкс (флоат-стекло) и Парсол (тонированного в массе стекла с высоким теплопоглощением).

Теплоизоляцию помещения можно дополнительно улучшить применением стеклопакета - строительного изделия, позволяющего получить конструкции остекления, обладающие свойствами, присущими светопрозрачным ограждениям с листовым стеклом, но в то же время позволяющие улучшить его эксплуатационные характеристики, уменьшить расход дерева, металла или пластика, снизить строительную стоимость конструкций остекления.

Применение в стеклопакете сочетаний низкоэмиссивитетных стекол Планилюкс и Экоплюс, Планилюкс и Планитерм, разделенных воздушными прослойками, позволяет повысить его эксплуатационные характеристики и экономические показатели.

Рассмотрим теплообмен внутреннего и наружного воздуха через стеклопакет, имеющий в составе Экоплюс либо Планитерм. Тончайшее прозрачное металлическое покрытие блокирует пропускание длинноволнового теплового излучения внутреннего происхождения, вырабатываемого отопительными приборами и всеми находящимися в помещении предметами (например, осветительными приборами) и людьми. Большая часть этого тепла, отражаясь, возвращается в помещение. Общие поступления тепловой энергии извне складываются из тепловой энергии солнечного излучения, непосредственно пропускаемой остеклением, и этой же тепловой энергии, первоначально абсорбированной, а затем вторично излученной в помещение. Что касается тепла, выработанного внутри помещения, то лишь очень малая его часть выходит наружу благодаря стеклу Экоплюс/Планитерм с его низкоэмиссивитетным покрытием.

Необходимо знать, что теплопроводность остекления может быть дополнительно снижена и путем использования инертных газов (аргона, криптона) для заполнения стеклопакетов. Например, если теплопроводность стеклопакета с воздухом в пространстве между стеклами принять за 1, то теплопроводность наполненного аргоном стеклопакета составит 0,68, а наполненного криптоном - 0,36. Аргон снижает значение коэффициента теплопроводности на 0,3-0,4 Вт/(м 2 оК).

О долговечности наполненного аргоном стеклопакета можно судить по тому, что сохранность аргонового наполнения после 20 лет эксплуатации составляет 80%.

С использованием криптонового наполнения корпорацией "Saint-Gobain" производится изолирующее остекление высшего качества Климатоп. Тройной стеклопакет Климатоп имеет две поверхности с низкоэмиссивитетным (селективным) покрытием, обращенным внутрь стеклопакета, и две наполненные криптоном камеры, за счет чего значение коэффициента теплопроводности приближается к 0,7 (при толщине 4+8,5+4+8,5+4), то есть остекление обладает высокими теплоизолирующими свойствами. Для сравнения: двойной стеклопакет из популярного сейчас флоат-стекла имеет коэффициент теплопроводности К=2,9, а с использованием газа в этом же стеклопакете его К=2,7. Тройной стеклопакет из флоат-стекла обладает К=1,9, с газом - К=1,8. Как можно видеть, приоритет Климатоп неоспорим даже в сравнении со стеклопакетом из флоат-стекла и энергосберегающего стекла Планитерм+газ (коэффициент теплопроводности этого стеклопакета равен 1,5).

Одним из основных достоинств низкоэмиссивитетного стекла является его способность ограничивать проникание тепловой энергии внутрь помещения, так как это стекло способно отражать длинноволновое инфракрасное излучение в составе солнечного спектра. Именно это качество позволяет снижать кондиционирование воздуха. Это особенно актуально для административных зданий, система кондиционирования которых продолжает работать ночью и в выходные дни.

Поэтому низкоэмиссивитетное стекло от "Saint-Gobain" представляет интерес и для строительства в жарком климате, в котором при использовании обычного остекления в административном кондиционируемом помещении характерно быстрое повышение нагрузки на систему охлаждения воздуха.

Низкоэмиссивитетное стекло, кроме того, идеально с точки зрения экологии, так как с его помощью значительно снижается уровень выделения углекислого газа (СО 2) во внешнюю среду за счет экономии топлива. В ближайшие 10 лет ожидается, что количество углекислого газа, поступающего во внешнюю среду вследствие сгорания топлива, возрастет на 33 %. В настоящее время отопительные системы Европы ежегодно выделяют в атмосферу 200 млн. тонн углекислого газа. На фоне экологической ситуации, складывающейся в Европе, и в связи с появлением на рынке низкоэмиссивитетного стекла встает вопрос о стимулировании применения энергосберегающего стекла наряду с другими видами теплоизоляции в законодательном порядке (через таможенные пошлины и налоги на потребление энергии).

Что касается экономии топлива при использовании низкоэмиссивитетного стекла, то при расходе условно 5000 л топлива за отопительный период зданием, площадь остекления которого составляет 25 м 2, двойные флоат-стекла позволяют сэкономить 955 л топлива. Установка стеклопакетов со стеклом Экоплюс может дать экономию 1400 л, а при использовании стеклопакетов со стеклом Планитерм экономия составит 2080 л.

В одном из следующих номеров "СиН" рассказ о строительных изделиях из стекла будет продолжен.

Алексей ДОБЫШ